Autres polymères composites renforcés de fibres

Outre le verre et le carbone, d'autres fibres sont également utilisées : fibres naturelles, basalte, aramide, ... Toutefois, le nombre de données de marché consultables via l'internet est beaucoup plus réduit concernant ces composites.

(1) Composites à base de fibres naturelles

En 2013, les plastiques thermoplastiques renforcés de fibres de cellulose (provenant de plantes ou d'arbres) comprenaient en Europe 99 000 tonnes de NFRP (Natural Fiber Reinforced Plastics, provenant de plantes) et 260.000 tonnes de WPC (Wood Plastic Composites - à base de fibres de bois, provenant d'arbres).

La distinction entre les deux n'est pas toujours aisée à établir. Les fibres de bois (d'arbres) sont par eux-mêmes des « composites » constitués de fibres de cellulose qui sont incorporées dans les résines naturelles, mais les fibres de cellulose de plantes qui sont utilisées dans des composites NFRP, ne sont pas seulement constituées également de matière cellulosique mais elles ont pour la plupart une composition assez complexe.

La cellulose et les fibres de bois utilisées à cet effet peuvent être subdivisées comme suit : - Fibres de bois : 38%

- Coton : 25%

- Lin : 19%

- Chanvre de Deccan : 8%

- Chanvre : 5%

- Autres (sisal, …) : 5%

Attention : le thermoset classique - composites bois tels que panneaux OSB (Oriented Strand Board), MDF (Medium Density Fiberboard), HDF (High Density Fiberboard) et agglomérés ne sont pas inclus ici.

- 67% decking (planchers de terrasse) - 23% pièces auto

- 6% siding & fencing (revêtement de façade et grillages) - 2% applications techniques

- 1% meubles - 1% produits autres

Les marchés des NFRP et WPC continuent leur croissance

(2) Composites à base de fibres d'aramide.

Les fibres d'aramide sont des fibres de renfort relativement chères (+/- 24 euro/kg), essentiellement utilisées dans des applications spéciales (produits militaires et balistiques principalement).

En 2013, la production de fibres d'aramide pour composites a atteint selon une étude JRC un volume de 2 000 tonnes et un chiffre d'affaires de 48 millions d'euro.

Les composites avancés à base d'aramide connaissent encore actuellement un taux de croissance annuel de 3 à 4% dans l'industrie aéronautique.

Le nombre total de producteurs de fibres d'aramide est assez restreint. Les 5 plus gros producteurs de fibre d'aramide contrôlent +/- 25% de la production mondiale.

Les fibres d'aramide absorbent l'humidité et présentent une stabilité aux UV limitée. Il faut en tenir compte lors de la mise en œuvre de ces fibres.

(3) Composites à base de fibres de basalte.

Le basalte est une fibre un peu plus chère que la fibre de verre, mais possède de meilleures propriétés mécaniques et thermiques. Ces performances mécaniques et thermiques supérieures permettent de réduire le poids des pièces en composite, en remplaçant la fibre de verre par la fibre de basalte.

Le tableau ci-dessous compare une série de propriétés de la fibre de basalte et de la fibre de verre E.

Propriété Basalte Verre E

Résistance à la traction 600-730 300-500

Module 84-87 72-76

Plage de température -260 °C + 560 °C - 60 °C + 460 °C

Densité 2,5 2,5

Conductivité thermique 0,031-0,038 W/m°K 0,038-0,042 W/m°K

Le basalte présente en outre de meilleures propriétés acoustiques.

Le chiffre d'affaires total de la fibre de basalte et des composites renforcés de fibre de basalte est actuellement estimé à 100 millions USD. Basaltex, un fournisseur flamand de fibre de basalte en est un acteur mondial majeur.

Les composites en fibre de basalte sont très souvent utilisés pour le renforcement (armatures) de béton, et ce en remplacement des armatures métalliques classiques. Les économies d'énergie rendues possibles par le remplacement des barres de renfort métalliques du béton font espérer que le chiffre d'affaires des composites à base de basalte atteigne 200 millions USD d'ici 2020.

(4) Composites auto-renforçants.

Les composites auto-renforçants (SRP : Self Reinforced Plastics) sont des composites thermoplastiques dont la matrice et le renfort de fibres ont la même composition de polymère (même famille de polymères), mais qui diffèrent par leurs points de fusion.

Des SRP peuvent être produits à base de polymères classiques tels que PE, PP, PA en PET.

Le projet de recherche européen FPO7-ESPRIT 214355 « Resource-efficient SRP materials and processing » étudie le développement de granules SRP pour le moulage par injection et l'extrusion.

Une piste possible est la réalisation de fils hybrides à partir de 2 polymères ayant un point de fusion différent. Les faisceaux de fils hybrides sont chauffés à une température à laquelle fond le composant au plus bas point de fusion. Après refroidissement, les 'spaghetti' souples ou les bâtonnets, solidifiés, sont découpés en granules.

Le projet collectif « Bio-SPC » de Centexbel a développé une alternative de type bio pour les composites polymères auto-renforcés, à partir de polymères PLA (acide polylactique) aux différents points de fusion. Des filaments de PLA à haute résistance ont été mis au point comme fibres de renfort et combinés avec des fibres de matrice PLA à bas point de fusion, à travers diverses étapes d'hybridation textile. Avec ce type de structures hybrides sont obtenus des composites auto-renforçants par le biais du processus de moulage par compression (Compression Moulding). Les propriétés mécaniques de ces composites à base de bio sont d'un ordre de grandeur similaire voire supérieur à celui des composites PP connus auto-renforçants (par ex. Curv®).

Des matériaux tissés et plats à base de PO sont disponibles dans le commerce et sont utilisés dans un nombre croissant d'applications non structurelles telles que prothèses orthopédiques, balistique, sport, coffrages, conteneurs de transport, pavillons de toit pour voitures, ...

Leur faible poids, leur résistance élevée aux chocs et la facilité de leur recyclage constituent d'importants atouts dans ce cadre.

Les inconvénients des SRP sont leur sensibilité à la température et la tenue au retrait propres au caractère thermoplastique, ce qui ne pose toutefois aucun problème dans certaines applications.

Les SRP PP les plus connus sont :

- Curv™ (http://www.curvonline.com/), - Pure® (http://www.pure-composites.com/),

- Armordon® (http://www.donlow.co.uk/static/wovens/srpp/srpp/) Certaines valises Samsonite sont réalisées à l'aide de plaques Curv™.

Des données de marché ne sont pas directement accessibles pour ces composites SRP.